热水供热管网热桥效应及节能措施研究

【摘要】：近几年来,城市热力管网发展迅速,尤其是直埋管道敷设技术更是得到了广泛的应用。目前,我国正处于高速发展时期,而能源紧张却制约了经济的发展,因此节能减排已成为我国的长期基本国策。由于供热行业是用能大户,因而也是节能减排的重点对象。 本文在分析热水集中供热管网国内外节能降耗研究现状的基础上,对热水集中供热管网的热桥效应及热桥效应的影响因素进行了研究。在此研究的基础上得出了适用于热水集中供热管网的热桥隔断措施,并对热桥隔断措施进行了有效性分析,为其实际应用提供了一定的理论基础。 首先,本文对热水集中供热管网中存在的热桥效应的概念进行了明确,确定了热桥效应在热水集中供热管网不同布置形式中存在的位置。然后对热水集中供热管网热桥效应形成的原因进行了分析,并对影响热桥效应的因素做了初步的分析。分析了热桥效应对于整个热水供热管网系统的输送热损失方面的影响及管网稳定性方面的影响。 其次,根据工程实例中采集的数据,建立了固定墩热桥效应的物理模型和数学模型,运用CFD技术中的固液耦合传热整场模拟方法,模拟了热水集中供热管网直埋供热管道固定墩处的热桥效应,并对影响固定墩处热桥效应的因素进行了逐个分析模拟。数值模拟结果表明：单个固定墩的散热量巨大,埋深1.5m,供热管道直径为DN800的典型固定墩的散热量为3057W,相比较于具有保温措施的管道来说具有很大的节能潜力；影响固定墩热桥效应的因素中,钢筋混凝土的导热系数和供回水的水温的影响显著,固定墩埋深、土壤表面对流换热系数的影响不显著。对于在建集中供热管网可以通过寻找能有效降低直埋供热管网固定墩处综合导热系数的办法即对固定墩处的管道进行保温,来降低固定墩的散热损失。 再次,根据工程实例中采集的数据,建立了固定支架热桥效应的物理模型和数学模型,运用CFD技术中的固液耦合传热整场模拟方法,模拟了热水集中供热管网架空供热管道固定墩支架的热桥效应,并对影响固定支架处热桥效应的因素进行了逐个分析模拟。数值模拟结果表明：单个固定支架的散热量巨大,架空高度为3.5m,供热管道直径为DN800的典型固定支架的散热量为1175W,相比较于具有保温措施的管道来说具有很大的节能潜力；影响固定支架热桥效应的因素中,钢筋混凝土的导热系数和供回水的水温的影响显著,管道外表面对流换热系数的影响不显著。对于在建集中供热管网要想有效降低固定支架的散热量还得从有效降低钢筋混凝土的综合导热系数方面入手,寻找切实可行的保温措施。 最后,对集中供热管网系统中的保温方法进行了总结,在此基础上确定了固定墩、固定支架保温措施及相应的保温材料。在确定保温措施后,利用数值模拟技术对固定墩、固定支架保温措施的隔热有效性和稳定性进行了研究。研究结果表明所选用的保温措施隔热效果明显、稳定性能满足管网稳定、安全运行的要求。并且结合具体的工程实例,分析了固定墩、固定支架散热量在整个管段散热量中所占的比例,研究了增加固定墩、固定支架保温措施后整个管段的散热损失量,即从管网实例分析固定墩、固定支架保温措施的有效性,进而推算出热水集中供热管网进一步节能的潜力,为集中供热管网保温工程提供理论支持,为集中供热管网进一步节能降耗提供理论依据。 【关键词】：热水供热管网 热桥效应 数值模拟 节能措施 固定墩 固定支架
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU995.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究的背景12
• 1.2 课题研究的意义12-14
• 1.3 国内外研究现状、发展动态14-18
• 1.3.1 国外研究现状及水平14-15
• 1.3.2 国内研究现状及水平15-17
• 1.3.3 目前研究工作中需要解决的问题17-18
• 1.4 课题研究的方法和主要内容18-19
• 1.4.1 课题研究的方法18
• 1.4.2 课题研究的主要内容18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 热桥效应形成原因分析20-28
• 2.1 热水供热管网存在热桥效应的位置20-21
• 2.1.1 热桥的概念20
• 2.1.1.1 传统建筑热桥的概念20
• 2.1.1.2 集中供热管网中热桥的概念20
• 2.1.2 供热管道中热桥存在的位置20-21
• 2.1.2.1 供热管道的敷设形式20-21
• 2.1.2.2 热桥在供热管道的具体位置21
• 2.2 热水供热管网热桥效应形成原因21-24
• 2.2.1 固定墩热桥效应形成原因21-23
• 2.2.2 固定支架处热桥效应形成原因23-24
• 2.3 热水供热管网热桥效应的影响因素分析24-26
• 2.3.1 土壤的导热系数24-25
• 2.3.2 钢筋混凝土的导热系数25
• 2.3.3 自然对流换热系数25
• 2.3.4 热水供热管道的供回水温度25-26
• 2.4 热桥效应对热水供热管网的影响26-27
• 2.4.1 热水供热管网的输送损失26
• 2.4.2 热水供热管网的稳定性26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 热桥效应数值模拟方法28-42
• 3.1 计算流体动力学(CFD)概述28-32
• 3.1.1 CFD简介28-29
• 3.1.2 CFD离散方法的分类29-31
• 3.1.3 网格类型31
• 3.1.4 网格类型的选择31-32
• 3.2 FLUENT软件介绍32-37
• 3.2.1 FLUENT软件的功能和模块32-34
• 3.2.2 FLUENT的求解策略34-35
• 3.2.3 FLUENT湍流模型35-36
• 3.2.4 FLUENT的边界条件类型36-37
• 3.3 GAMBIT软件功能介绍37-39
• 3.3.1 GAMBIT软件的特点37-38
• 3.3.2 GAMBIT的求解步骤38-39
• 3.4 有限元数值模拟技术概述39-40
• 3.5 ANSYS软件介绍40-41
• 3.6 小结41-42
• 第4章 热水供热管网热桥效应模拟42-61
• 4.1 模拟方法的选择42-43
• 4.1.1 固液耦合传热整场求解方法简介42-43
• 4.1.2 固液耦合传热整场求解方法的有效性43
• 4.2 基于FLUENT的固定墩热桥效应影响因素的研究43-51
• 4.2.1 固定墩传热模型43-45
• 4.2.1.1 物理模型43-44
• 4.2.1.2 数学模型44
• 4.2.1.3 固定墩模型的求解方法44-45
• 4.2.2 固定墩热桥的影响因素研究45-51
• 4.2.2.1 固定墩埋深的影响45-47
• 4.2.2.2 供回水温度的影响47-48
• 4.2.2.3 土壤表面对流换热系数的影响48-50
• 4.2.2.4 钢筋混凝土导热系数的影响50-51
• 4.3 基于FLUENT的固定支架热桥效应影响因素的研究51-59
• 4.3.1 固定支架传热模型51-53
• 4.3.1.1 物理模型52
• 4.3.1.2 耦合传热问题的控制方程52-53
• 4.3.1.3 固定支架模型的求解方法53
• 4.3.2 固定支架热桥的影响因素研究53-59
• 4.3.2.1 供回水温度的影响53-55
• 4.3.2.2 管道外表面对流换热系数的影响55-57
• 4.3.2.3 钢筋混凝土导热系数的影响57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第5章 热桥隔断措施研究61-73
• 5.1 典型固定支架、固定支墩保温措施的研究61-65
• 5.1.1 供热管网系统保温方法总结61-63
• 5.1.1.1 供热管网系统保温发展过程61-62
• 5.1.1.2 热管网系统保温现状62-63
• 5.1.1.3 集中供热管网系统保温发展趋势63
• 5.1.2 保温措施设计的基本原则63
• 5.1.3 保温材料的质量要求63-64
• 5.1.4 现常用的管道的保温结构64
• 5.1.5 固定墩、固定支架保温方法确定64-65
• 5.2 保温方法的隔热有效性65-67
• 5.2.1 固定墩保温方法的隔热有效性65-66
• 5.2.2 固定支架热桥隔断措施的有效性66-67
• 5.3 保温方法的稳定性67-70
• 5.3.1 固定墩及固定支架的受力情况分析67-68
• 5.3.1.1 固定墩受力情况分析67
• 5.3.1.2 固定支架受力情况分析67-68
• 5.3.2 固定墩保温方法的稳定性68-69
• 5.3.3 固定支架保温方法的稳定性69-70
• 5.4 管网实例模拟效果分析70-72
• 5.4.1 模拟管段介绍71-72
• 5.4.2 固定墩、固定支架未保温时散热损失情况72
• 5.4.3 增加保温措施后固定墩、固定支架的散热损失情况72
• 5.5 小结72-73
• 第6章 结论与展望73-76
• 6.1 研究成果及主要创新点73-74
• 6.2 展望与建议74-76
• 参考文献76-79
• 后记79-80
• 攻读硕士期间发表论文及科研情况80

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